PLC改造繼電器控制系統(tǒng)“四步法”教學(xué)的實踐與探究

鄭麗紅

摘 要：可編程序控制器（PLC）是中職維修電工專業(yè)的一門主干課程。近年來，筆者在進行PLC課程教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于PLC改造繼電器控制系統(tǒng)存在不理解、不會做、不會接等問題。為進一步增強教學(xué)效果，提高學(xué)生對知識與技能的理解與應(yīng)用能力，筆者在教學(xué)中采用“四步法”，即析、繪、寫、驗四步，讓學(xué)生一步一步地掌握PLC改造繼電器控制系統(tǒng)的方法。

關(guān)鍵詞：PLC? ? ?繼電器控制? ? 教學(xué)法

PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)自動控制裝置，具有可靠性高、柔性好、編程靈活、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點，特別適合應(yīng)用于機床的控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱之一。隨著職業(yè)教育的發(fā)展，為了適應(yīng)PLC日益廣泛應(yīng)用的形勢，近幾年，許多職業(yè)學(xué)校都開設(shè)了PLC課程。作為一門專業(yè)核心課程，其教學(xué)地位不言而喻，而通過教學(xué)使學(xué)生掌握PLC相關(guān)專業(yè)知識和提高操作能力成為亟待解決的問題。

一、PLC改造繼電器控制線路課程存在的問題

根據(jù)人才培養(yǎng)方案，PLC課程一般在學(xué)生完成電力拖動課程的學(xué)習(xí)之后開設(shè)。

筆者所任教的班級是中高職一體化班，班級入學(xué)平均分排在年級榜首，學(xué)生的課堂紀(jì)律較好，班級學(xué)習(xí)氛圍也較濃厚。但從以往的教學(xué)經(jīng)驗來看，仍存在一定問題，如學(xué)生在處理繼電器控制線路上想法單一、邏輯分析存在缺陷等。

（一）學(xué)生的依賴性強，獨立分析能力弱

中職學(xué)生普遍學(xué)習(xí)基礎(chǔ)比較薄弱，主動學(xué)習(xí)意識不強。筆者在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在課堂上聽講都能明白，但在獨立進行操作時，能夠正確完成的比例不足40%，更多的學(xué)生依賴于教師“帶著做、領(lǐng)著做”。

（二）學(xué)生的興趣濃，但已有知識儲備不足

PLC課程是在電力拖動課程之后開設(shè)的一門專業(yè)課，對于原有知識儲備有一定要求，特別是關(guān)于相關(guān)電器元件符號、電路控制原理以及實現(xiàn)的功能等內(nèi)容。在課堂伊始，筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有88%的學(xué)生表示對PLC學(xué)習(xí)有興趣。但當(dāng)提及學(xué)習(xí)該課程需要具備一定的電氣控制知識時，發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生信心明顯不足了。

（三）學(xué)生的想法多，但實踐操作效果欠佳

學(xué)生在進行繼電器控制線路改造時，常常用直譯法進行PLC梯形圖的設(shè)計。以正反轉(zhuǎn)繼電器控制線路為例，要學(xué)生利用PLC對繼電器控制線路進行改造，他們會直接把原線路旋轉(zhuǎn)90°，然后更改觸點符號，便得出了PLC梯形圖。也就是說，學(xué)生認為PLC改造繼電器控制線路只要改變方向、改變符號即可。采用這種直譯法進行操作，在簡單線路（點動、自鎖等）中是可以實現(xiàn)線路改造目標(biāo)的，但在較為復(fù)雜的電路中需要考慮的因素更多，不能采用直譯法，設(shè)計過程應(yīng)更加規(guī)范。

二、運用“四步法”改造繼電器控制線路的具體實施步驟

針對學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀以及存在的困惑，筆者設(shè)計了析、繪、寫、驗四個步驟展開教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)PLC改造繼電器控制線路時有據(jù)可循，將知識化整為零，一步一步引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中不斷夯實知識基礎(chǔ)，切實提高實踐操作能力。在具體實施步驟中，“析”是為了提升學(xué)生對原理的理解，“繪”是為了引導(dǎo)學(xué)生正確進行外圍接線，“寫”是為了促進學(xué)生理解邏輯關(guān)系并且向PLC邏輯轉(zhuǎn)化，“驗”是為了讓學(xué)生在驗證的過程中再次鞏固繼電器控制知識，達到知識的融合與補充。

（一）析——分析原理，明確要求

這一步是進行PLC設(shè)計的基礎(chǔ)，旨在進一步鞏固學(xué)生的繼電器控制知識，讓學(xué)生全面、清楚地了解繼電器控制系統(tǒng)中的指令器件（如按鈕、行程開關(guān)等）與執(zhí)行器件（如繼電器、接觸器等）所完成的動作及完成動作的順序，這是最為關(guān)鍵的一步。以正反轉(zhuǎn)繼電器控制線路為例，分析該線路的工作原理。正反轉(zhuǎn)繼電器控制線路中電動機M的正反轉(zhuǎn)控制是由交流接觸器KM1和KM2來完成的。正轉(zhuǎn)啟動由SB1發(fā)出信號控制，反轉(zhuǎn)信號由SB2發(fā)出信號控制。按下SB1，KM1線圈得電且常開觸點閉合自鎖，M電動機連續(xù)正轉(zhuǎn)。而KM1常閉觸點斷開，對反向控制進行聯(lián)鎖。按下SB3，線路失電而停止工作。反轉(zhuǎn)控制也是如此，即按下SB1，KM1線圈得電（KM2線圈不能得電），電動機M連續(xù)正轉(zhuǎn);按下SB2，KM2線圈得電（KM1線圈不能得電），電動機M連續(xù)反轉(zhuǎn);按下SB3，電動機停止運轉(zhuǎn)。

在完成分析的基礎(chǔ)上，也就明確了相關(guān)的控制要求，就可以開始實施第一步——分析編寫I/O地址分配表了。一般來說，繼電器控制系統(tǒng)的輸入元件有按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等，而輸出元件有繼電器、接觸器等。當(dāng)然，I/O址的分配因人而異，可以有不同的分配結(jié)果，這并不影響控制功能的實現(xiàn)。

（二）繪——確定類型，繪接線圖

由于實訓(xùn)場所PLC類型已經(jīng)固定，因此選擇PLC類型這一環(huán)節(jié)可以省略。當(dāng)然，讓學(xué)生簡單了解PLC的硬件結(jié)構(gòu)是必要的。比如，PLC的輸入繼電器的符號、接線端子等。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生就可以根據(jù)上述分析的I/O地址分配表畫出PLC的外圍接線圖。

需要提醒注意的是，在常閉觸點（如SB3）提供的輸入信號處理上，最好是按設(shè)備全部為常開進行設(shè)計，以免出錯。建議盡可能用輸入設(shè)備常開觸點與PLC輸入端連接，如果某些信號能用常閉輸入時，可先按輸入設(shè)備為常開來設(shè)計，然后將梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器取反（常開改成常閉、常閉改成常開）處理。

在輸入信號的確定中，學(xué)生都能夠正確選擇SB1和SB2中按鈕的類型（即常開按鈕），但對于SB3這個停止按鈕，學(xué)生在選擇時卻出現(xiàn)了困難。由于PLC實訓(xùn)設(shè)備上只提供了常開按鈕，但繼電器控制線路中的SB3是一個常閉按鈕。如果選擇常開按鈕的話，PLC程序中X3的觸點如何進行修正是個難點。針對此難點教師通過PLC的輸入繼電器結(jié)構(gòu)示意圖進行講解，并通過實踐演示，讓學(xué)生加深理解。通過理論鋪墊和實踐驗證，學(xué)生能夠較好地掌握此知識點。具有了這些知識儲備，學(xué)生就可以較順利地畫出正反轉(zhuǎn)控制線路的外圍接線圖了。

（三）寫——觀察電路，寫表達式

這個步驟是至關(guān)重要的一環(huán)。學(xué)生必須要了解并較好地掌握串聯(lián)、并聯(lián)的相關(guān)知識，如串聯(lián)、并聯(lián)的表達式等，才能順利、正確地寫出邏輯表達式，為繪制PLC梯形圖打下堅實基礎(chǔ)。以正反轉(zhuǎn)繼電器控制電路為例，表達式的左邊是線圈，右邊是各觸點之間的關(guān)系，即“線圈=各觸點之間的關(guān)系”。通過分析，可以得到KM1、KM2兩個表達式，并將其轉(zhuǎn)換為PLC表達式。

此步驟是四步中最為重要的一步，如果此步驟的邏輯表達式不正確，將影響到PLC表達式的正確性，從而影響后續(xù)梯形圖的繪制，最終影響正確控制功能的實現(xiàn)。

在此過程中，學(xué)生容易出現(xiàn)以下問題。第一，不能正確理解邏輯表達式左右兩邊表示的含義，將線圈與觸點混淆。第二，知道電路中觸點的串并聯(lián)，但是用邏輯法表示的時候會出現(xiàn)錯誤，即串聯(lián)是用邏輯乘（“·”）表示，而并聯(lián)是用邏輯加（“+”）表示，一旦弄錯，控制功能會完全不同。第三，對于控制線路圖中公共區(qū)域部分的元器件容易漏寫。因此，在四步法教學(xué)伊始，應(yīng)向?qū)W生強調(diào)各環(huán)節(jié)的注意事項，加強檢查，避免后續(xù)類似問題的發(fā)生。

（四）驗——繪梯形圖，驗證結(jié)果

在明確地得出了表達式后，繪制PLC梯形圖就不難了，但是必須要遵循作圖原則。如左母線只能直接接各類繼電器的觸點，右母線只能直接接各類繼電器的線圈（不含輸入繼電器線圈），梯形圖應(yīng)該按照從左到右、從上到下順序畫等，這些都是畫出規(guī)范、合理梯形圖的基本原則。在這樣的原則指導(dǎo)下，就可以對應(yīng)邏輯表達式畫出梯形圖。此外，通過PLC的實訓(xùn)設(shè)備，利用GX編程軟件繪制梯形圖，避免了直譯法中出現(xiàn)的語言邏輯問題，同時，與前面的析、繪、寫步驟相結(jié)合，最終驗證接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制的進程，達到PLC改造繼電器控制系統(tǒng)的效果。

三、PLC改造繼電器控制系統(tǒng)“四步法”教學(xué)取得的效果

采用“四步法”教學(xué)可以改造比較復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)，能夠快捷、準(zhǔn)確地設(shè)計出PLC的梯形圖?！八牟椒ā焙唵巍⒁讓W(xué)，針對性地解決了PLC知識抽象、學(xué)生難以理解的問題，不僅降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且使學(xué)生分析問題和解決問題的能力都有了進一步的提高。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，使理論知識掌握更扎實。通過析、寫環(huán)節(jié)，鞏固了學(xué)生以往所學(xué)的電氣控制相關(guān)知識，彌補了原有知識（繼電控制原理分析、邏輯關(guān)系表述）的斷層。

第二，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，養(yǎng)成獨立思考習(xí)慣。通過“四步法”教學(xué)，學(xué)生能在掌握此方法后獨立進行功能分析，繪制外圍接線圖，寫出正確的邏輯表達式，最終完成PLC程序的編寫，實現(xiàn)正確的控制功能。

第三，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不斷分析并驗證有效的繼電器控制線路改造方法，提升了學(xué)習(xí)成就感。

總之，教學(xué)是教與學(xué)相輔相成的兩個環(huán)節(jié)，只有將教與學(xué)有機結(jié)合，突出以學(xué)生為主體，從學(xué)生的角度出發(fā)去思考問題，才能更好地促進學(xué)生的專業(yè)技能提升，讓教師的教學(xué)獲得實效，從而達到教學(xué)相長的目的。

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（作者單位：平湖技師學(xué)院）